【正文】 口的AMBA高性能總線（AHB）和連接片內(nèi)外設(shè)功能的VLSI外設(shè)總線（VPB）。128位寬度的存儲器接口和獨特的加速結(jié)構(gòu)使32位代碼能夠在最大時鐘頻率下運行[7]。編程及擦除時間極短；（2）具有32個通用I／O口，兩個32位定時器 / 外部事件計數(shù)器，6路輸出PWM單元，看門狗，實時時鐘（RTC），多個串行接口：UART、SPI、I2C；（3）CPU操作頻率60MHz，帶向量中斷控制器（VIC），可配置優(yōu)先級向量中斷。具有兩個低功耗模式，實現(xiàn)功耗最低化；AT89C52微控制器，是ATMEL公司生產(chǎn)的51系列單片機的一個型號，是一個低電壓，高性能CMOS 8位單片機。主要功能特性如下：（1）兼容MCS51指令系統(tǒng)；（2）8k可反復(fù)擦寫（1000次）Flash ROM；（3）32個雙向I/O口，2568bit內(nèi)部RAM；（4）3個16位可編程定時/計數(shù)器中斷，時鐘頻率0 ~ 24MHz；（5）2個串行中斷，可編程UART串行通道；（6）2個外部中斷源，共6個中斷源；（7）2個讀寫中斷口線，3級加密位；（8）低功耗空閑和掉電模式，軟件設(shè)置睡眠和喚醒功能。由于仿真軟件中沒有ARM處理器芯片相關(guān)元件模型，故采用AT89C52替代LPC2106進行實際電路設(shè)計。3 交流電壓變送器硬件設(shè)計本設(shè)計的核心是對交流電壓進行精密整流輸出直流電壓、將電壓進行V/I轉(zhuǎn)化輸出相應(yīng)成線性比例的4~20mA電流以及對電壓進行AD轉(zhuǎn)化并通過LED顯示。 降壓電路設(shè)計這一部分主要實現(xiàn)的功能是將較高的交流電壓降壓，提供下一級整流電路的輸入。本設(shè)計中輸入電壓UI為0~100V交流，輸出電壓UO為0~5V交流，變壓器繞組設(shè)定為N1 : N2 = 20 : 1。降壓電路如圖31所示。在變壓器容量選擇上，由于后續(xù)電路功率很小，小于1W，變壓器選擇電壓等級為120V，功率為1W。快速自恢復(fù)管又叫瞬態(tài)電壓抑制二極管。為了防止這種破壞，自恢復(fù)管得到了廣泛的應(yīng)用，其電路符號和普通穩(wěn)壓二極管相同，外形也與普通二極管無異，當其兩端經(jīng)受瞬間的高能量沖擊時，它能以極高的速度（最高秒）使其阻抗驟然降低，同時吸收一個大電流，將其兩端間的電壓鎖定在一個預(yù)定的數(shù)值上，從而確保后面的電路元件免受瞬態(tài)高能量的沖擊而損壞。本設(shè)計中，為了防止電壓瞬間增高，設(shè)定D1最大擊穿電壓為300V。當電網(wǎng)電壓超過300V時，它就可以有效抑制電網(wǎng)帶來的過載脈沖，從而起到保護負載中所有元器件的作用。整流電路的目的就是將交流電壓轉(zhuǎn)變成脈動的直流電壓。這些整流電路的原理大同小異，它們大多都利用了二極管的單向?qū)щ娦?。它的伏安特性曲線如圖32所示。利用二極管的以上特性，可以設(shè)計相應(yīng)電路，進行整流。由于二極管存在開啟電壓，且開啟后會有正向壓降。當輸入電壓較大時，電路可以很好的對輸入電壓進行整流；當0UIUD1時，二極管截止，故采用普通二極管整流電路，無法對較小的信號整流，整流效果不好。圖33 二極管整流電路圖34 整流電路輸入輸出波形 精密整流電路精密整流電路可以很好的解決普通二極管整流的不足。利用它可以將微弱的交流電壓轉(zhuǎn)換成單向脈動電壓，整流電路的輸出保持輸入電壓的形狀，而僅僅改變電壓的相位。這時電路等效成兩個電阻RR2串聯(lián)，再與由運放A2構(gòu)成的電壓跟隨器并聯(lián)，則UO=UI。這時的電路等效成反向比例電路。由上。當輸入有效值為5V，頻率為50Hz的正弦波信號時，將輸出相對應(yīng)的整流波形，其波形圖圖如圖36 所示。圖36 輸入輸出波形 濾波電路設(shè)計經(jīng)整流后的電壓還不能直接作為直流電壓使用，還需要對其進行濾波。一般采用電容與負載并聯(lián)，或者電感與負載串聯(lián)來構(gòu)成。其基本電路圖如圖37所示。對于圖37，其輸出波形圖如圖38所示，它的工作原理大致如下：圖38 濾波電路波形圖（1）t1 ~ t2時刻，UI上升，UI大于電容上的電壓UC，UI對電容充電，此時UO=UCUI；（2）t2 ~ t3時刻，UI下降，UI小于電容上的電壓。電容C通過RL放電，UC按指數(shù)規(guī)律下降，時間常數(shù)，UO= UC。t越大，電容器放電時間越慢，輸出電壓平均值也就越大[10]。這時經(jīng)濾波后的電壓已經(jīng)變得很平滑，但是還是有明顯的脈動信號，特別是當RL C很小時。本設(shè)計采用的RCp型濾波電路圖如圖39所示。此外，由于整流電路本身輸出電阻過小，且下一級V/I轉(zhuǎn)化電路和AD數(shù)模轉(zhuǎn)化電路輸入電阻大。整流電路帶負載能力因此也降低，輸出的直流電壓無法帶動后面的電路。設(shè)計合適的同向比例電路可以使整個電路“輸入高阻態(tài)，輸出低阻態(tài)”，使電路對于前一級電路呈現(xiàn)高阻狀態(tài)，相當于開路；對于后一級電路呈現(xiàn)低阻狀態(tài)，相當于恒壓源。有效地起到了隔離、提高負載能力的作用。這是電壓串聯(lián)負反饋電路。當Rf趨向于0或R1趨向于無窮大時，輸出電壓與輸入電壓近似相等[10]。 V / I轉(zhuǎn)化電路設(shè)計4 ~ 20mA電流是標準電信號之一。采用電流信號進行傳輸就可以很好的解決以上問題。將0 ~ 5V電壓轉(zhuǎn)化成4 ~ 20mA電流，需要由兩部分電路完成。（1）加法電路加法電路如圖311所示，完成兩個電壓的加法運算[13]。 ，得 ()式中。圖312 電壓電流轉(zhuǎn)換電路圖中A1構(gòu)成同向求和運算電路，A2構(gòu)成電壓跟隨器。UI1MIN為0V，UI1MAX為5V。即當UI1為0~5V電壓、V時，經(jīng)過加法電路以及電壓電流轉(zhuǎn)換電路后，即可得到4~20mA直流電流。 單片機及AD接口電路設(shè)計本設(shè)計采用AT89C52的MCU平臺，結(jié)合8位數(shù)模轉(zhuǎn)換器ADC0808對輸入電壓進行數(shù)模轉(zhuǎn)化，并通過單片機控制7SEGMPX4CC型LED進行實時電壓顯示，達到電壓顯示的目的。AT89C52有40個引腳，32個外部雙向輸入 / 輸出端口，同時內(nèi)含2個外中斷口，3個16位可編程定時計數(shù)器，2個全雙工串行通信口，2個讀寫口線，AT89C52可以按照常規(guī)方法進行編程，也可以在線編程。下面給出基于AT89C52單片機系統(tǒng)控制平臺體系結(jié)構(gòu)設(shè)計圖，硬件框圖如圖313所示。晶振一般分為有源晶振和無源晶振。復(fù)位電路可以使主機各部件恢復(fù)為出事狀態(tài)。圖314 晶振電路圖315 復(fù)位電路 ADC0808電路接口ADC0808是采樣頻率為8位的、以逐次逼近原理進行?！獢?shù)轉(zhuǎn)換的器件。每次轉(zhuǎn)換耗時100μs，輸出帶有TTL三態(tài)鎖存緩沖器，可直接與51系列單片機數(shù)據(jù)總線相連[14]。其片內(nèi)的38地址譯碼器，A、B、C為地址入口，可以選中任一地址線，實現(xiàn)IN0~IN7的8路選一。本例中，A、B、C三腳分別與地相接，通過譯碼選中IN0地址，電壓信號通過滑動變阻器器接入IN0。ADC0808與AT89C52接口電路如圖316所示。START、EOC、ALE、。根據(jù)對ADC0808的轉(zhuǎn)換輸出信號EOC的不同處理方式，可分為查詢方式和中斷方式兩種。參考電壓VREF(+)接+5V電源，VREF()接地。 LED數(shù)碼管顯示電路本例中電壓顯示采用7SEGMPX4CC共陰極數(shù)碼管。段地址A、B、C、D、E、F、G、DP分別與AT89C52的P1口相連，位地址。實現(xiàn)動態(tài)顯示。當有電壓輸入時，LED就會實時顯示電壓值。 電源電路設(shè)計AT89C52單片機需要+5V電源供電，運放LM741需要9V電源供電才能正常工作。得到+9V電源后，繼續(xù)利用7805芯片對其進行穩(wěn)壓，得到+5V電源。電源電路如圖318所示。當輸出電壓接入負載時，還需要在電路中加入去耦電路。Keil uVision2軟件是目前最流行開發(fā)MCS51系列單片機的軟件，它是美國Keil Software公司出品的51系列兼容單片機C語言軟件開發(fā)系統(tǒng)，與匯編相比，C語言在功能上、結(jié)構(gòu)性、可讀性、可維護性上有明顯的優(yōu)勢。其方便易用的集成環(huán)境、強大的軟件仿真調(diào)試工具會令工作事半功倍。Keil uVision2生成的目標代碼效率非常高，語句生成的匯編代碼很緊湊，容易理解。開發(fā)人員可用IDE本身或其它編輯器編輯C或匯編源文件。其對應(yīng)的時鐘控制端口如表41所示[15]。START轉(zhuǎn)換啟動信號輸入端口，高電平有效。EOC轉(zhuǎn)化結(jié)束輸出端口，開始轉(zhuǎn)換時為低電平，一旦轉(zhuǎn)化結(jié)束時輸出高電平。對12MHz的MCU晶振頻率，一個機器周期=12晶振頻率=1μs。計數(shù)器字長n為16，則(X)補=216100=65436。每定時結(jié)束一次后，就對CLK取反，實現(xiàn)其高低電平的準確的交替變化[14]。共陰數(shù)碼管是指將所有發(fā)光二極管的陰極接到一起形成公共陰極（COM）的數(shù)碼管。當某一字段的陽極為低電平時，相應(yīng)字段就不亮[17]。本設(shè)計采用的LED七段共陰極數(shù)碼管內(nèi)部字段如圖42所示。圖41 共陰極數(shù)碼管結(jié)構(gòu)圖圖42 數(shù)碼管內(nèi)部字段圖數(shù)碼管顯示又可分為靜態(tài)和動態(tài)兩種方式。其優(yōu)點是編程簡單，顯示亮度高；缺點是占用I/O口較多。當動態(tài)顯示時，所有數(shù)碼管的字形都相同，但由哪一位顯示則由程序進行控制。動態(tài)顯示占用CPU大量時間，但節(jié)省了硬件資源。、4位的選擇[18]。表格42 七段共陰極數(shù)碼管編碼表字型dpgfedcba共陰編碼0001111113F100000110062010110115B3010011114F401100110665011011016D6011111017D700000